有限元分析的单元类型

有限元分析前必须对分析对象进行建模，选择合适的单元类型是合理建模的前提条件。结构有限元分析涉及到的单元类型很多：杆单元、梁单元、壳单元、板单元；平面应力单元、平面应变单元；轴对称壳单元、轴对称实体单元、空间实体单元；摩擦单元、间隙单元、弹簧单元、质量单元、刚体单元等等。

一．如果按照维度对单元进行划分，我们可以把它们分别归类为一维单元、二维单元和三维单元。

1.一维单元：

如杆单元、梁单元、轴对称单元等。形式为一条直线或一条曲线，或者具有确定形状的线性单元。

2.二维单元：

如壳单元、板单元、平面单元、轴对称实体单元、复合材料壳单元等。形式为一个平面或者曲面。通常所说的三角形或四边形就是二维单元，一般在做网格时，二维单元模拟表面模型或者实体模型的边界面计算效率很高。

3.三维单元：

如实体单元、厚壳单元等。形式为四面体、五面体或六面体。特点是具有空间三个方面尺寸，在做网格时一般模拟实体模型。

二．如果按照插值函数多项式最高阶数多少分，我们可以把它们分为线性单元、二次单元、三次单元和更高次单元。

1.线性单元：

插值函数是线性形式，只有角节点没有边节点，网格边界为直线或者平面，单元内位移为线性变化。单元因为节点数量比较少，存在应力不连续的特点，边界有可能发生应力突变。

2.二次单元：

插值函数是二次多项式，有角节点和边界点，网格边界为二次曲面或曲面，单元内位移为二次变化，应力为线性变化。因为节点数量较多，离散精度比线性单元高很多，单元边界应力连续，所以计算精度大大提高，相对来说计算时间也较长。

3.三次单元以及更高次单元：

二次单元和三次单元以及更高次单元均为高阶单元，阶次越高计算精度越高，模型规模也越大，计算耗时也越长。